心律失常治疗使用光石墨烯“纹身”
研究西北大学和德克萨斯大学奥斯汀分校(UT)已经开发出第一种心脏植入由石墨烯、二维超材料,超强,轻量级和导电性能。
类似一个孩子的临时纹身,新的石墨烯比单链细“纹身”植入头发但仍像古典起搏器功能。但与当前的心脏起搏器和植入式心脏复律除颤器等,这需要努力,刚性材料,机械不兼容的身体,温柔的新装置将同时心脏感觉和治疗心律失常。植入薄,足够灵活,能够符合心脏脆弱的轮廓以及弹性和强大到足以承受的动态运动一个跳动的心脏。
植入除颤器成鼠模型后,研究人员表明,石墨烯的纹身可以成功意义上不规则的心律,然后提供电刺激通过一系列脉冲没有限制或改变心脏的自然运动。更好:技术也是光学透明,允许研究人员使用外部源的可见光通过设备来记录和刺激心脏。
这项研究将在周四(4月20日)发表在《先进材料》杂志上。这是迄今为止最薄的已知的心脏移植。
想要更多的最新消息?
订阅188金宝搏备用的日常通讯,提供每天打破科学消息直接发送到您的收件箱中。
免费订阅“当前的心脏起搏器和除颤器的一个挑战是,他们很难词缀的表面上的心,”西北大学的说Igor Efimov,该研究的资深作者。“除颤器电极,例如,本质上是线圈的电线很厚。这些电线不灵活,他们休息。刚性接口与软组织,如心脏,会导致各种并发症。相比之下,我们的柔软,灵活的设备不仅不引人注目的,而且密切和无缝地符合直接到心脏提供更精确的测量。”
一个实验性的心脏病专家,Efimov西北大学生物医学工程教授麦考密克工程学院和医学教授西北大学Feinberg医学院。他和德米特里•Kireev共同研究,研究员UT。林”匾额,Efimov的实验室的博士生,是论文的第一作者。
神奇的材料
称为心律失常,心脏节律障碍发生在心脏跳动过快或过慢。虽然一些心律失常并不严重的情况下,很多情况下,会导致心脏衰竭、中风甚至猝死。事实上,并发症与心律失常有关声称在美国每年约300000人的生命。医生通常与植入式心脏起搏器和除颤器治疗心律失常的检测异常心跳,然后正确的节奏与电刺激。虽然这些设备是挽救生命,其刚性性质可能抑制心脏的自然动作,软组织损伤,引起临时不适和并发症,如疼痛的肿胀、穿孔、血栓、感染等等。
考虑到这些挑战,Efimov和他的团队试图开发一种生物相容性设备理想的符合软,动态组织。在回顾多个材料,研究人员确定了石墨烯,一种自动薄的碳。超强,轻量级的结构和优越的导电性,石墨烯具有潜在的对许多应用在高性能电子产品、高强度材料和能源设备。
“原因有生物相容性,石墨烯是特别有吸引力,“Efimov说。“碳是生命的基础,所以这是一个安全的材料,已经用于不同的临床应用。它也是灵活和柔软,电子之间的一个接口和一个软,机械地活跃的器官。”
打击打击目标
UT,迪米特里·Kireev研究合著者和德Akinwande已经开发石墨烯电子纹身(变得)与传感功能。灵活、轻便,他们团队的e-tattoos坚持皮肤持续监测人体的生命体征,包括血压和大脑的电活动,心脏和肌肉。
不过,尽管e-tattoos工作在皮肤的表面,Efimov的团队需要调查体内使用这些设备的新方法——直接到心的表面。
“这是一个完全不同的应用程序方案中,“Efimov说。“皮肤比较干燥和容易。显然,心脏是在胸部,所以很难访问和在潮湿的环境中。”
研究人员开发了一种全新的技术,将石墨烯表面纹身并遵循它的跳动的心脏。首先,它们封装中的石墨烯一种灵活的、弹性的硅胶膜,有洞穿孔在给访问内部石墨烯电极。然后,他们轻轻地放在黄金磁带(10微米的厚度)到封装层作为石墨烯之间的电气互连和外部电子用来测量和刺激心脏。最后,他们把它到心脏。一起层措施的整个厚度约100微米。
由此产生的设备稳定60天体温积极跳动的心脏,这是与临时心脏起搏器的时间作为桥梁永久心脏起搏器手术后或节奏管理或其他疗法。
光的机会
利用设备的透明的本质,Efimov和他的团队执行optocardiography——使用光线跟踪和调节心脏节律——在动物研究。这不仅提供诊断和治疗心脏疾病的新方法,该方法也为光遗传学打开新的可能性,一种方法来控制和监控单个细胞。
而电刺激可以纠正心脏节律异常,光刺激更精确。与光,研究人员可以跟踪特定的酶以及询问具体的心脏,肌肉或神经细胞。
“我们可以结合成一个biointerface电气和光学功能,“Efimov说。“因为石墨烯光学透明的,我们可以阅读它,它给了我们一个更高密度的读出。”
参考:林Z, Kireev D,刘N, et al。石墨烯biointerface心律失常的诊断和治疗。难以板牙。2023:2212190。doi:10.1002 / adma.202212190
本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。
